Из дворян, уроженец вюртемберг-штутгартский. 12 мая 1788 из Артиллерийского и Инженерного шляхетского кадетского корпуса вступил в службу гардемарином в Морской шляхетский кадетский корпус и назначен на фрегат «Подражислав». На нем он участвовал в сражении со шведским флотом у о.Готланд. В 1789 г. сражался со шведами в рядах Нарвского пехотного полка. 21 февраля 1799 произведён в полковники, 25 марта 1800 назначен командиром 2-го артиллерийского полка, до расформирования артиллерийских полков 27 августа 1801.
Артиллерийские полки были вновь сформированы 18 июня 1803. Левенштерн был шефом 1-го артиллерийского полка с 1 июня 1805 по октябрь 1806, участвовал в Наполеоновских войнах. 11 сентября 1806 получил чин генерал-майора. Сражался с французами в 1807 г. В 1808 г. командовал артиллерией Балтийского порта, действовавшей против английских кораблей.
В 1812 г. был начальником артиллерии 2-й Западной армии. Участвовал в сражениях под Могилёвом, Смоленском, Бородином и во многих арьергардных боях. Орденом Св.Георгия 3-го кл. № 251 награждён 20 октября 1812
После оставления Москвы командовал артиллерией соединенных армий. После Тарутинского сражения сформировал восьмигаубичную батарею из трофейных орудий, включив ее в резервную артиллерию. В декабре 1812 г. принял командование над артиллерией резерва, гвардейского и гренадерского корпусов. Принимал участие в заграничном походе 1813-1814 гг.
После войны занимал должность начальника артиллерии 7-го корпуса, а 5 июня 1816 назначен начальником артиллерии 2-й армии; 1 мая 1818 стал генерал-лейтенантом. В русско-турецкой войне 1828-1829 гг. – начальник артиллерии русской армии. 21 апреля 1829 за отличия по службе был произведен в генералы от артиллерии и продолжал службу еще более 10 лет. Назначен начальником артиллерии Резервной армии 9 апреля 1831, членом Военного совета — 11 июня 1832. Похоронен на Волковом лютеранском кладбище Петербурга.